电工电子技术教案

南京工业职业技术学院按要求参加实验培养良好的实验素质注重实践技能的培养掌握常用实验仪器的功能及使用方法理论与实践相结合，互相促进，全面提高及时完成实验报告课程的地位、作用及内容框架1.电气类、电子类专业的基础课程，掌握电工基本知识及分析方法、掌握常用电工仪器仪表的使用，为后续课程学习及技能训练打下必要电工基本知识及技能基础。2.课程内容共分为六个单元模块，每个单元设置所必须的知识点、基本技能训练及提高技能训练。3.课程目标是培养学生电气技术术基础理论分析及应用能力，培养学生安全操作、仪器仪表使用、故障处理方法、实践操作规范、常用软件的使用等基本实践能力。培养学生的团队协作、勇于创新、敬业乐业的工作作风。课程整体预设能力目标1.常用电工仪器仪表熟练使用2.典型电路分析应用能力3.电工操作技能：按图接线、数据测量、故障分析4.电路仿真应用能力课程单元任务：1.阻抗匹配及负载最大功率测试2.日光灯线路及功率因数提高3.三相负载星型及三角形电路测试4.微分及积分电路测试5.同名端及变压器6.非正弦信号仿真后续相关课程：电子技术基础、电机及其控制、电力电子、检测、工厂供电、电气调速等1课程的主要内容：介绍教材目录内容电路理论直流电路交流电路暂态电路非正弦周期电路磁路理论磁路变压器电磁铁2课程的实践动手能力要求：实验、实训要求3课程学习的要求：课堂学习、课后复习、课后作业及习题练习4课程成绩：平时成绩：平时课堂学习、出勤、作业及配套练习册、实验、期末5作业一周交一次模块一直流电路（1）主要内容:1.电路的基本物理量2.电压和电流的正方向3.电路的工作状态4.电路的基本定律电路和电路图电路:是电流的通过的路径.一电路的组成和作用中间环节负载发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉电力系统电路示意图输电线放大器话筒扬声器扩音机电路示意图信号源（电源）1.电路的作用（1）电能的传输和转换（2）信号的传递和处理2.电路的组成（1）电源（2）负载（3）中间环节电路的作用与组成部分电路元件的理想化在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。由理想电路元件组成的电路就是电路的电路模型。电路与电路模型实际电路：电路模型：导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S导线开关电池+R0R开关E干电池电珠SI手电筒的电路模型UI开关E＋－R0R干电池电珠返回电流电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写I表示直流电流小写i表示电流的一般符号dtdqi正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为电流的参考方向。参考方向实际方向(a)i0ab参考方向实际方向(b)i0abii如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。电压、电位和电动势电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。dqdWuabab直流U、交流u单位、测量方法电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向例：当Va=3VVb=2V时U1=1V最后求得的U为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。U2=－1Vab－+ab+U1-U2对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。+　　u　　－(a)关联方向abi－　　u　　+(b)非关联方向abi如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。dqdWe1、电动势:电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所作的功。E=W/q符号E，单位V2、电动势的方向：规定为电源力推动正电荷运动的方向，即从负极指向正极的方向，也就是电位升高的方向。3、常用电压源：（1）电池（2）太阳能电池（3）发电机（4）电子电源4、电动势的符号和方向表示电功率电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。dtdWp功率与电流、电压的关系：关联方向时：p=ui非关联方向时：p=－uip＞0时吸收功率，p＜0时放出功率。+　　U=5V－(a)(b)I=2A+　　U=5V－I=-2A(c)+　　U=5V－I=-2A例：求图示各元件的功率.（a）关联方向，P=UI=5×2=10W，P0，吸收10W功率。（b）关联方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P0，产生10W功率。（c）非关联方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P0，吸收10W功率。（2）电能UItW式中电压的单位为伏特【V】，电流单位为安培【A】，时间的单位用秒【s】时，电能（或电功）的单位是焦耳【J】。日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h=3.6×6102电位在分析电路时，常常要用到电位这个概念两点间的电压就是这两点的电位差(电势差)。电压是两点的电位差而电路中某点的电位在计算中与零电位点的选择有关，没有确切值，只是一个相对值。应特别注意！因此，在计算电位时，必须选择电路中某点作为参考点，其电位称为参考电位，通常设其为零。ab15AVa=+5Va点电位：ab15AVb=－5Vb点电位：求S打开和闭合时a点电位为多少？－12V6KΩ4KΩ20KΩ＋12VSS6KΩ4KΩ20KΩ＋－12V＋－12VS闭合时b点电位为“地”电位0V2420412aVS打开时电路为一个闭合全电路V4202046)12(1212aVaa电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别说明：电压和电位的单位都是V(伏特)、kV(千伏)或mV(毫伏)等。参考点在电路图中应标上“接地”符号“”，含义为电位等于0V(0伏特)。例题：如图，(a)图可根据电位的概念等效为(b)图。204A6A10A56140V90V(a)2056+140V+90V(b)欧姆定律欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。RIU或者表示为：IRU欧姆定律的单位：在SI中，电阻为欧姆()或者为千欧(k)、兆欧(M)UIR根据电路上所选电压和电流方向的不同，欧姆定律的表达式有着不同的符号：当电流和电压的正方向定义为关联方向时，欧姆定律如(1)式UIRIRU(1)欧姆定律当电流和电压的正方向定义为非关联方向时欧姆定律如(2)式UIRIRU(2)应用欧姆定律对如下各图列出表达式，并求出电阻值。UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A例题对于(a)图UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)IUR326对于(b)图IUR263UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A对于(c)图IUR对于(d)图IUR263263例题计算图中电阻R的值，已知Uab=-12V5210IURnmI=-2ARnmUnmE1=5VE2=3Vab解：a点电位比b点电位低12Vn点电位比b点电位低7Vm点电位比b点电位高3V于是：n点电位比m点电位低7+3=10V即Unm=-10V电路的工作状态最简单的电路为直流电路，本节讨论电路的工作状态、开路状态和短路状态，所讨论的内容有电流、电压及功率等方面的特性。UabR0UsR如图电路：Us为电源的电压U为电源的端电压R0为电源的内阻R为电路负载电阻一.有载工作状态当开关闭合，电源与负载接通，即电路处于有载工作状态。UabR0UsRI电路中的电流为I=Us/(R0+R)当电源电压Us和内阻R0一定时负载电阻R愈小，则电流I愈大。或写成U=Us-IR0可见电源端电压小于电源电压，二者之差为电源内阻的电压降IR0即U=Us-IR0为电源外特性关系式有载工作状态当式U=Us-IR0各项乘以电流I时，得到UI=UsI-I2R0或P=PE-P单位：在SI中功率的单位是瓦特(W)或千瓦(kW)UabR0UsRI例题已知:电路中，U=220V，I=5A，内阻R01=R02=0.6。求:(1)电源的电动势Us1和负载的反电动势Us2；(2)说明功率的平衡关系。Us2R01Us1UIR02例题1-3.解：(1)对于电源U=Us1-IR01即Us1=U+IR01=220+50.6=223VU=Us2+IR02即Us2=U-IR01=220-50.6=217VUs2R01Us1UIR02例题(2)由上面可得，Us1=Us2+IR01+IR02等号两边同时乘以I，则得Us1I=Us2I+I2R01+I2R02代入数据有2235=2175+520.6+5+520.61115W=1085W+15W+15W。Us2R01Us1UIR02其中Us1I是电源产生的功率；Us2I是负载取用的功率；I2R01是电源内阻上损耗的功率；I2R02是反电动势电源(负载)内阻上损耗的功率。可见电路具有功率平衡特性。电气设备的名牌.电气设备或元器件的标定值通常标注在其名牌上或记载在说明书中，这些标定值都是给定的额定值，如UN表示额定电压、IN表示额定电流、PN表示额定功率。在使用电气设备或元器件时不得超过其额定值，以免影响其正常使用甚至使其遭到损坏。注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。满载、过载、欠载额定值为1W、100的碳膜电阻，在使用时电流和电压不得超过多大值？答：由功率P与电阻R的关系公式P=I2R或P=U2/R可得：电流I=√P/R=(1/100)1/2=0.1A同理：电压U=√PR=(1×100)1/2=10V二.开路工作状态如图电路：当开关断开时，电路则处于开路(空载)状态。R0UsU=U0abRI=0开路时，外电路的电阻为无穷大，电路中的电流I为零。电源的端电压(称为开路电压或空载电压U0)等于电源的电动势，电源不输出电能。电路开路时的特征为I=0U=U0=UsP=0三.短路工作状态当电源两端由于某种原因而联在一起时，称电源被短路。UsR0abRISccd短路时，可将电源外电阻视为零，电流有捷径流过而不通过负载。由于R0很小，所以此时电流很大，称之为短路电流Isc。U=0I=Isc=Us/R0P=P=I2R0电路短路时的特征为基尔霍夫定律根据欧姆定律分析电路，已是中学物理中常用的分析方法，但对某些电路有时是无能为力的。为此本节讨论基尔霍夫定律，它亦是分析与计算电路的基本方法，适合线性电路及非线性电路。名词、概念1.支路：电路中的每一个分支，称为支路。它是由若干个二端元件串联而成。2.节点：电路中三条或三条以上的支路相联结的点称为节点。abcdI2I3一条支路中各部分都流过一个相同的电流，称为支路电流。I1名词、概念回路：网孔：网孔是回路，abcdI2I3I1定律(1)——KCLacdI2I1I3如图节点a：I1+I2=I3bc在任一瞬时，流向某一节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。I入=I出即：I1I2I3I44231IIII由此，KCL亦可表示为：0iI如图：3个电阻的节点A、B和C可看成为广义节点。ABCIABICAIBCIAIBIC对于节点A、B及C，可分别列出KCL方程：IA＝IAB－ICAIB＝IBC－IABIC＝ICA－IBCIA+IB+IC=0即I=0广义节点：广义节点I1I2I3I1+I2=I3IRU3+_U2+_U1+_RRR广义节点I=0定律(2)——KVL由KVL可得：Us2=I2R2+I3R3基尔霍夫定律(KVL):对电路中的